Очистка сточных вод предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Характеристика сточных вод
• 2. Специфика составов поверхностно-ливневого стока площадок предприятий
• 3. Системы и сооружения сбора и отведения поверхностного стока с площадок предприятий
• 3.1 Схемы сбора и отведения поверхностного стока
• 3.2 Сооружения для регулирования поверхностного стока при отведении на очистку
• 4. Методы очистки сточных вод
• 5. Техника и технология очистки поверхностного стока площадок предприятий
• 5.1 Первичная стадия очистки
• 5.2 Флотация
• 5.3 Фильтрование
• 5.4 Реагентная очистка
• 5.5 Биологическая очистка
• 5.6 Ионный обмен
• 5.7 Адсорбция
• 5.8 Окислительная деструкция

1. Характеристика сточных вод

Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, в зависимости от условий образования делятся на:

- производственные (промышленные) - использованные в технологических процессах производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых;

- бытовые (хозяйственно-фекальные) - от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, душевых установок, прачечных и др.;

- атмосферные (ливневые) - дождевые и от таяния снега.

Хозяйственно-бытовые стоки достаточно однообразны, содержание в них органических примесей около 58 %, минеральных 42 %, в том числе биогенные элементы (азот, фосфор, калий).

Атмосферные воды, стекающие с территории предприятий, загрязнены органическими и минеральными веществами.

Производственные сточные воды делятся на две категории: загрязненные и незагрязненные. Загрязненные содержат различные примеси и подразделяются на три основные группы:

а) загрязненные преимущественно минеральными примесями;

б) загрязненные преимущественно органическими примесями;

в) загрязненные минеральными и органическими примесями.

По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды разделяются на четыре группы, содержащие от 1 мг/л до 500 мг/л, от 500 мг/л до 5000 мг/л, от 5000 мг/л до 30000 мг/л и более 30000 мг/л примесей.

Производственные сточные воды могут различаться по физическим свойствам загрязняющих их продуктов и по степени агрессивности (слабоагрессивные рН равен от 6 до 6,5 и рН равен от 8 до 9, сильноагрессивные рН меньше 6 и рН больше 9 и неагрессивные рН равен от 6,5 до 8).

На различных предприятиях, даже при одинаковых технологических процессах, состав производственных сточных вод, режим водоотведения и удельный расход на единицу выпускаемой продукции весьма разнообразны. Большое значение в формировании состава производственных сточных вод имеет вид перерабатываемого сырья.

В технологических процессах образуются следующие основные виды сточных вод.

Реакционные воды, получающиеся при протекании химических реакций, они загрязнены исходными веществами и продуктами реакции.

Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах в виде свободной или связанной влаги и выделяющиеся в процессах переработки.

Промывные воды образуются при промывке сырья, продуктов, получаемых в технологических процессах, а также оборудования.

Маточные водные растворы, получающиеся при проведении процессов в водных средах.

Водные экстракты и абсорбционные жидкости образуются при использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента, наибольшие объемы образуются при мокрой очистке газов.

Другие воды сточных вод образуются от вакуум-насосов, конденсаторов смешения, при гидрозолоудалении, от мойки оборудования, тары, помещений.

Отведение производственных сточных вод по общей или отдельным сетям, а также смешение этих вод с бытовыми сточными водами во многом зависит от того, будет ли в дальнейшем принята их совместная или раздельная очистка. Условия отведения сточных вод определяются также характером загрязняющих веществ.

Количество производственных сточных вод находится в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водоотведения для различных отраслей промышленности.

Нормой водоотведения является установленное среднее количество сточных вод, отводимое от производства в водоем, при целесообразной норме водопотребления. Укрупненная норма водоотведения включает количество выпускаемых в водоем сточных вод - очищенных производственных и бытовых; производственных, не требующих очистки, фильтрационных из прудов-осветлителей, хвостохранилищ и шламонакопителей.

Укрупненные нормы водоотведения в различных отраслях промышленности колеблются в широких пределах. Например, при добыче 1 т нефти образуется 0,4 м³ сточных вод, 1 т угля в шахтах - 0,3 м³, при выплавке 1 т стали или чугуна - 0,1 м³, производстве 1 т кальцинированной соды - от 8 м³ до 10 м³, вискозного штапельного волокна - 233 м³, при выработке 1 МВт.ч электроэнергии - 5 м³ сточных вод.

При отсутствии норм водоотведения количество сточных вод определяется по технологическим расчетам в соответствии с регламентом производства. Количество сточных вод от крупных промышленных предприятий достигает от 200 тыс.м³/сут. до 400 тыс.м³/сут.

Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования производственных сточных вод изучается их состав и режим водоотведения. При этом анализируются физико-химические показатели сточных вод и режим поступления в канализационную сеть не только общего стока промышленного предприятия, но и сточных вод от отдельных цехов, а при необходимости от отдельных аппаратов.

При проектировании водоочистных сооружений необходимо знать не только суточное количество сточных вод, но и режим их поступления по часам суток, иначе говоря, часовой график притока сточных вод. Производственные сточные воды могут поступать в течение смены равномерно и неравномерно. На ряде производств химической, легкой, текстильной, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности происходят залповые поступления высококонцентрированных и высокотоксичных сточных вод.

Специфика технологии различных производств требует в ряде случаев учитывать режим притока сточных вод не только в течение суток, но и по месяцам или сезонам года.

Для усреднения расхода и концентрации сточных вод, а иногда и по обоим показателям одновременно, применяют специальные сооружения - усреднители. Они подразделяются на контактные и проточные. Первые применяются при небольших расходах, периодическом сбросе сточных вод и необходимости 100 % усреднения концентрации загрязняющих веществ. Вторые действуют по принципу дифференцирования потока (многокоридорные усреднители), а также механического или пневматического перемешивания[1, с. 117-120].

2. Специфика составов поверхностно-ливневого стока площадок предприятий

Степень и характер загрязнения поверхностного стока площадок предприятий различны и зависят от санитарного состояния бассейна водосбора и приземной атмосферы, уровня благоустройства территории, а также гидрометеорологических параметров выпадающих осадков: интенсивности и продолжительности дождей, предшествующего периода сухой погоды, интенсивности процесса весеннего снеготаяния.

Поверхностный сток с территории промышленных предприятий имеет, как правило, сложный состав и определяется характером основных технологических процессов, а концентрация примесей зависит от вида поверхности водосбора, санитарно-технического состояния и режима уборки территории, эффективности работы систем газо- и пылеулавливания, организации складирования и транспортирования сырья, промежуточных и готовых продуктов, а также отходов производства.

На крупных предприятиях, включающих различные производства, поверхностный сток с отдельных территорий по составу примесей может заметно отличаться от стока с других участков и общего стока, что должно учитываться при разработке технологии очистки и схемы его отведения.

В зависимости от состава примесей, накапливающихся на промышленных площадках и смываемых поверхностным стоком, промышленные предприятия и отдельные их территории можно разделить на две группы.

К первой группе относятся предприятия и производства, сток с территории которых при выполнении требований по упорядочению источников его загрязнения, по составу примесей близок к поверхностному стоку с селитебных территорий и не содержит специфических веществ с токсичными свойствами. Основными примесями, содержащимися в стоке с территории предприятий первой группы, являются грубодисперсные примеси, нефтепродукты, сорбированные главным образом на взвешенных веществах, минеральные соли и органические примеси естественного происхождения.

Ко второй группе относятся предприятия, на которых по условиям производства не представляется возможным в полной мере исключить поступление в поверхностный сток специфических веществ с токсичными свойствами или значительных количеств органических веществ, обусловливающих высокие значения показателей ХПК и БПК₂₀ стока.

К первой группе относятся предприятия черной металлургии (за исключением коксохимического производства), машино- и приборостроительной, электротехнической, угольной, нефтяной, легкой, хлебопекарной, молочной, пищевой промышленности, серной и содовой подотраслей химической промышленности, энергетики, автотранспортные предприятия, речные порты, ремонтные заводы, а также отдельные производства нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических и других предприятий, на территорию которых не попадают специфические загрязняющие вещества.

Ко второй группе относятся предприятия цветной металлургии, обработки цветных металлов, коксохимического производства, бытовой химии, химической, лесохимической, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и микробиологической промышленности, кожевенно-сырьевые и кожевенные заводы, мясокомбинаты, шпалопропиточные заводы, аэропорты, производства химической и электрохимической обработки поверхностей металлов (гальванические производства), окрасочные производства, производства синтетических моющих средств (CMC) и др.

Примерная характеристика дождевых сточных вод по основным показателям загрязнения для предприятий первой и второй групп приведена в таблице 1.

Как видно из таблицы 1 уровни загрязненности поверхностно-ливневый стока зависит от участка водосбора, но наибольшей степени от времени года, что представлено в таблице 2.

Таблица 1 - Характеристика дождевых сточных вод

Показатель	Значение показателей загрязнения дождевых вод, мг/дм3
	первая группа предприятий	вторая группа предприятий
Взвешенные вещества	400-2000*	500-2000
Солесодержание	200-300	50-3000
Нефтепродукты	10-30(70*)	До 500
ХПК фильтрованной пробы	100-150**	До 1400
БПК 20 фильтрованной пробы	20-30**	До 400
Специфические компоненты	Отсутствуют	В зависимости от профиля производства содержат тяжелые металлы, фенолы, СПАВ, мышьяк, роданиды, фосфор, аммиак, фтор, жиры, масла, белки, углеводороды и т.д.
* Высокие значения для предприятий с интенсивным движением транспорта и значительным потреблением горюче-смазочных материалов, а также АЗС. ** С учетом диспергированных примесей эти показатели увеличиваются в 2-3 раза.

3. Системы и сооружения сбора и отведения поверхностного стока с площадок предприятий

3.1 Схемы сбора и отведения поверхностного стока

В зависимости от целесообразности совместного или раздельного отведения на очистку хозяйственно-бытовых, промышленных и поверхностных сточных вод проектируют общесплавную, раздельную или полураздельную системы водоотведения.

Для небольших городов с населением от 75тыс. до 350 тыс. человек экономически выгодной и надежной в санитарно-гигиеническом отношении является полураздельная система канализации, при которой очистка поверхностного стока производится совместно с городскими и промышленными сточными водами на сооружениях биологической очистки. При этом достигаются высокие показатели качества очищенных сточных вод по основным показателям загрязнения: взвешенным веществам, нефтепродуктам, ХПК и БПК_полн..

В большинстве крупных городов и мегаполисов России канализация построена по принципу полной раздельной системы. С точки зрения охраны водных объектов от загрязнения раздельные системы при наличии в их составе централизованных или локальных очистных сооружений являются наиболее эффективными, но более дорогостоящими. Их рекомендуется проектировать независимо от крупности городов в районах с интенсивностью дождей не менее 80 л/с•га [3, с. 67-89].

В любом случае при проектировании систем водоотведения городов и промышленных предприятий выбор должен осуществляться на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов с учетом местных условий, необходимости строительства перекачивающих насосных станций и требований к качеству очищаемого стока. Для климатических районов с интенсивностью дождей более 90 л/с•га.

Общесплавные системы водоотведения, допускающие сброс смеси неочищенных городских, промышленных и поверхностных сточных вод в водные объекты через ливнеспуски во время интенсивных дождей, для проектирования не рекомендуются, так как не обеспечивают санитарно-экологическую безопасность водных объектов.

Таблица 2 - Примерный состав поверхностного стока для различных участков водосборных поверхностей

Площадь стока	Дождевой сток	Талый сток
	Взвешенные вещества, мг/дм3	БПК20, мг/дм3	Нефтепродукты, мг/дм3	Взвешенные вещества, мг/дм3	БПК20, мг/дм3	Нефтепродукты, мг/дм3
Участки селитебной территории с высоким уровнем благоустройства	400	40	8	2000	70	20
Современная жилая застройка	650	60	12	2500	100	20
Магистральные улицы с интенсивным движением транспорта	1000	80	20	3000	120	25
Кровли зданий и сооружений	<20	< 10	0,01-0,7	<20	<10	0,01-0,7
Территории, прилегающие к промышленным предприятиям	2000	90	18	4000	150	25
Территории с преобладанием индивидуальной жилой застройки; газоны и зеленые насаждения	300	60	<1	1500	100	<1

При разработке систем отведения поверхностного стока с площадок предприятий следует исходить из конкретных условий: размеров, конфигурации и рельефа стока, источников загрязнения территории, наличия свободных площадей для строительства очистных сооружений. При этом следует учитывать:

- необходимость локализации отдельных участков производственных территорий с отводом поверхностных сточных вод, содержащих специфические примеси, в производственную канализацию или после предварительной очистки - в дождевую;

- целесообразность раздельного отведения и очистки стока с площадей, отличающихся по характеру и интенсивности загрязнения территории;

- целесообразность частичного или полного использования очищенного поверхностного стока для промышленного водоснабжения;

- возможность и целесообразность подачи поверхностного стока с селитебных территорий на локальные очистные сооружения отдельных площадей стока города, а с территорий предприятий - на очистные сооружения предприятия, промышленного узла, района или города.

При очистке поверхностных сточных вод промышленных предприятий первой группы, предусматриваться устройство самостоятельных очистных сооружений, обеспечивающих отведение очищенных сточных вод непосредственно в водный объект, а также отведение поверхностных сточных вод предприятий в систему дождевой канализации населенных пунктов с целью дальнейшей совместной очистки с поверхностными или бытовыми сточными водами на городских (районных) очистных сооружениях. сточный водоотведение флотация фильтрование

Очистка поверхностного стока с территорий промышленных предприятий второй группы, содержащего специфические примеси с токсичными свойствами, может производиться как отдельно, так и совместно с производственными или хозяйственно-бытовыми сточными водами предприятия. Отведение их в городскую или дождевую канализацию должно осуществляться согласно нормативным требованиям, предъявляемым к качеству стоков, принимаемых в эти системы.

Отведение поверхностных сточных вод на очистные сооружения и в водные объекты следует предусматривать по возможности в самотечном режиме по пониженным участкам площади стока. Перекачка поверхностного стока на очистные сооружения допускается в исключительных случаях при соответствующем обосновании.

На территории населенных пунктов и промышленных предприятий следует предусматривать закрытые системы отведения поверхностных сточных вод. Отведение по открытой системе водостоков с использованием разного рода лотков, канав, кюветов, оврагов, ручьев и малых рек допускается для селитебных территорий с малоэтажной индивидуальной застройкой, поселков в сельской местности, а также парковых территорий с устройством мостков или труб на пересечениях с дорогами. Во всех остальных случаях требуется соответствующее обоснование и согласование с органами санитарно-эпидемиологической службы, по регулированию и охране вод, а также с органами рыбнадзора [3, с. 103-117].

3.2 Сооружения для регулирования поверхностного стока при отведении на очистку

Вероятностный характер выпадения атмосферных осадков и чрезвычайная нестационарность дождевого стока требуют усреднения его расхода и состава перед подачей на очистку. С целью уменьшения размеров очистных сооружений и подачи на очистку наиболее загрязненной части стока в схемах отведения и очистки поверхностного стока промышленных предприятий первой группы следует предусматривать устройство разделительных камер и регулирующих емкостей.

При отведении на очистку поверхностного стока с территорий промышленных предприятий второй группы предварительное разделение стока не допускается, поскольку необходима очистка всего его объема. В этом случае для снижения мощности очистных сооружений следует предусматривать регулирование расхода стока. Размер регулирующей емкости принимается из условия минимальных общих затрат на обезвреживание стока при максимальном притоке.

Отведение поверхностного стока без предварительного разделения и регулирования для очистки совместно с производственными сточными водами и последующего использования может приниматься на предприятиях как первой, так и второй группы с водоемкими производствами и оборотным водоснабжением (металлургические заводы, фабрики флотационного обогащения руд и угля, нефтепромыслы, нефтехимические и нефтеперерабатывающие заводы) при наличии в системах водоснабжения значительных по объему накопительных емкостей. В таких случаях баланс водного хозяйства предприятия составляется с учетом полного использования дождевого и полного или частичного использования талого стока.

Регулирование расхода и объема дождевого стока перед очистными сооружениями может осуществляться двумя способами, что представлено на рисунке 1.

Первый способ разделения (схема 1) заключается в аккумулировании и последующем отведении на очистку объема дождевых вод, поступающих от начала стока до момента накопления в аккумулирующем (регулирующем) резервуаре определенного объема. Разделение стока производится в камере разделения, устраиваемой во входной части аккумулирующего (регулирующего) резервуара или на трубопроводе непосредственно перед резервуаром. При таком разделении на очистку направляется концентрированная часть стока от всех дождей, а в водный объект без очистки сбрасывается наименее концентрированная часть стока от значительных по слою дождей. Указанный способ разделения следует преимущественно применять в случае самотечного режима поступления стоков по коллектору дождевой канализации к аккумулирующему (регулирующему) резервуару.

При втором способе разделения (схема 2) предусматривается двойное регулирование дождевого стока - по расходу и объему. Регулирование расхода стока осуществляется за счет устройства на коллекторах дождевой канализации разделительных камер, через которые на последующие сооружения направляется сток от малоинтенсивных дождей и часть стока с определенным расходом от интенсивных дождей. Последующее вторичное регулирование стока по объему производится в аккумулирующем (регулирующем) резервуаре аналогично схеме 1. Указанный способ разделения допускается применять при значительном заглублении самотечного коллектора дождевой канализации, подводящего поверхностные стоки к аккумулирующему (регулирующему) резервуару, и необходимости в связи с этим устройства подкачивающей насосной станции.

Рисунок 1 - Принципиальные схемы регулирования расхода и объема дождевого стока перед очистными сооружениями и схематические расчетные гидрографы дождевого стока

При выборе разделительных камер для регулирования дождевого стока по расходу следует отдавать предпочтение конструкциям, обеспечивающим отведение на очистку постоянного зарегулированного расхода при изменении в широком диапазоне расхода дождевых вод перед камерой. Этому условию в наибольшей степени удовлетворяют разделительные камеры типа донного слива и камеры с разделительной стенкой с отверстием.

Разделительные камеры для регулирования дождевого стока по объему следует выполнять в виде гидрозатвора, препятствующего возможному поступлению плавающих загрязнений (в том числе пленки нефтепродуктов) в избыточный поток стоков, отводимых в водный объект без очистки.

Регулирование расхода поверхностного стока без сброса части его непосредственно в водоприемник следует предусматривать за счет устройства аккумулирующих (регулирующих) резервуаров, рассчитанных на прием стока в течение определенного периода (года, теплого периода, месяца) или стока от дождя с максимальным расчетным слоем осадков (схема 3).

Выбор конструкции аккумулирующего резервуара производится с учетом его назначения. При использовании аккумулирующего резервуара преимущественно для регулирования расхода отводимых на очистку сточных вод следует предусматривать специальные мероприятия по предотвращению отстаивания сточных вод (гидравлическое или пневматическое взмучивание). При использовании аккумулирующего резервуара не только для регулирования расхода сточных вод, но и для их предварительной механической очистки следует предусматривать эффективные и надежные технические решения для периодического сбора и удаления всплывающих веществ и оседающих механических примесей.

При проектировании сетей дождевой канализации следует обеспечивать преимущественно самотечный режим отведения дождевых вод. В отдельных случаях, обусловленных топографическими особенностями территории, возникает необходимость устройства насосных станций для перекачки поверхностных вод. Главной особенностью при расчете насосных станций является, с одной стороны, требование обеспечения отведения стоков в режиме, не ухудшающем расчетный режим работы вышерасположенных участков канализационной сети (без увеличения частоты ее кратковременного переполнения), а с другой стороны, крайняя нерегулярность работы станций, обусловливающая повышенные требования к экономичности таких систем.

При проектировании насосных станций перекачки поверхностных сточных вод следует учитывать крайнюю неравномерность и нерегулярность их работы, а также наличие длительных периодов простоя. Предпочтение следует отдавать наиболее простым и экономичным конструкциям, что обеспечивается за счет применения станций с насосными агрегатами погружного типа. Для компенсации неравномерности поступления поверхностных стоков на станцию следует принимать не менее двух однотипных рабочих агрегатов с автоматической системой выравнивания их моточасов. Для уменьшения размеров станции число рабочих агрегатов следует принимать не более трех с одним резервным агрегатом.

При выборе оптимального соотношения между максимальной расчетной производительностью насосов и величиной рабочего объема резервуара насосной станции следует учитывать, что в насосных станциях с большим объемом резервуара происходит (особенно в периоды малоинтенсивного притока сточных вод) отстаивание и накопление оседающих и всплывающих загрязнений. В этом случае следует предусматривать технические средства для периодической очистки резервуара либо использовать насосное оборудование с системой автоматического взрыхления (размыва) осадка. Во избежание засорения насосного оборудования грубыми механическими включениями предусматривается установка мусоросборных корзин или решеток с прозорами размером от 5мм до 40 мм в зависимости от типа применяемых насосов.

Система автоматики насосных станций должна обеспечивать: автоматическое включение и отключение насосных агрегатов, включение дополнительных насосных агрегатов в соответствии с уровнем заполнения резервуара, автоматический ввод резервного оборудования.

4. Методы очистки сточных вод

Существующие методы очистки воды весьма различны как по достижимой эффективности, так по капитальным и эксплуатационным затратам, требующимся для их осуществления. Выбор рационального способа очистки должен осуществляться с учетом этих обстоятельств при обязательном условии детального ознакомления с производством.

Производственные сточные воды в зависимости от вида загрязняющих веществ и их концентрации, а также от количества сточных вод и мест их образования отводятся общим или несколькими самостоятельными потоками. Целесообразность разделения или объединения отдельных потоков является одним из наиболее актуальных вопросов, от правильного решения которого зависит сметная стоимость строительства и затраты на эксплуатацию очистных сооружений, надежность охраны водоемов от загрязнения и рентабельность основного производства.

Не всегда целесообразно совместное отведение даже сточных вод одинакового состава, но различных по концентрации в них загрязняющих веществ. Если эти вещества представляют товарную ценность, то экономичнее извлекать их из наиболее концентрированных сточных вод и уже потом смешивать слабоконцентрированные стоки для их последующей очистки.

Раздельная очистка сточных вод предпочтительнее и в том случае, если загрязняющие вещества легко удаляются из воды.

Нецелесообразно объединение сточных вод, содержащих значительное количество механических примесей минерального происхождения, а также нефть и масла, с бытовыми сточными водами. Такое объединение усложняет технологию очистки, препятствуя возможности повторного использования производственных сточных вод и извлечению из них ценных примесей.

Все методы очистки сточных вод могут быть разделены на деструктивные и регенеративные.

Под деструктивными понимаю такие методы, при которых загрязняющие воду вещества подвергаются разрушению. Образующиеся продукты распада удаляются из воды в виде газов или осадков или остаются в растворе, но уже в обезвреженном виде. Чаще всего это происходит при использовании естественных или искусственных окислительных процессов.

Регенеративные методы решают две задачи: очистку сточных вод и утилизацию ценных веществ. Практически нередко приходится совмещать обе группы методов, а также проводить стадии предварительной очистки и доочистки.

Методы очистки сточных вод можно подразделить также на гидромеханические, химические, физико-химические, термические, электрохимические, биохимические.

Во всех случаях очистки стоков первой стадией является механические методы, предназначенные для удаления взвесей и дисперсно-коллоидных частиц. К ним относятся: процеживание на решетках и ситах; отстаивание в песколовках, отстойниках и нефтеловушках; осветление в осветлителях со слоем взвешенного осадка; центрифугирование в гидроциклонах; фильтрование через фильтрующие перегородки или зернистые материалы.

Значительно более сложные методы приходится применять для очистки воды от коллоидных и тем более растворенных частиц. Выбор метода зависит от того, в каком состоянии находится вещество - коллоидном, молекулярном или диссоциированном на ионы.

Для удаления коллоидных частиц используют физико-химические методы - флотацию, коагуляцию и флокуляцию, нарушающих кинетическую устойчивость этих частиц.

Физико-химические методы применяются также для удаления растворенных примесей. Для веществ, находящихся в молекулярном состоянии, успешно используются различные сорбенты, десорбция аэрированием, экстракция, дистилляция, мембранные методы. Для извлечения веществ, диссоциированных на ионы, пригодны ионный обмен, обратный осмос, магнитная обработка воды.

Химические методы очистки являются деструктивными, но наиболее изученными и до сих пор широко применяемыми из-за высокой степени очистки. К ним можно отнести использование реакций химического взаимодействия при объединении различных стоков (чаще всего в целях нейтрализации кислых и щелочных сточных вод, а в некоторых случаях с целью удаления содержащихся в стоках компонентов в виде малорастворимых соединений), окислительно-восстановительные процессы (хлорирование, озонирование, окисление кислородом воздуха и др.).

В последнее время все более широкое распространение получили электрохимические методы - анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока, что позволяет извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки. Недостатком этих методов является их высокая энергоемкость.

Если в сточных водах имеются весьма вредные вещества, применяют термические методы, позволяющие уничтожить эти примеси, например, при сжигании. Такой процесс применим для обезвреживания органических примесей сточных вод.

Для очистки минерализованных сточных вод из термических методов можно использовать выпаривание, адиабатное испарение, вымораживание и др.

Биохимические методы основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов или в растворенном состоянии и являющихся для микроорганизмов источником питания и дыхания, в результате чего и происходит удаление указанных загрязнений. Биохимическая очистка может осуществляться в естественных и искусственных, в аэробных и анаэробных условиях, применяется для глубокой очистки сточных вод.

На практике приходится обычно применять комбинацию указанных методов.

5. Техника и технология очистки поверхностного стока площадок предприятий

Степень очистки поверхностного стока с площадок предприятий определяется условиями приема его в системы водоотведения города или условиями выпуска в водные объекты. При повторном использовании в системах производственного водоснабжения очищенный поверхностный сток должен отвечать технологическим требованиям, предъявляемым потребителями, и быть безопасным в санитарно-эпидемиологическом отношении.

Схема очистных сооружений поверхностных сточных вод должна разрабатываться с учетом его качественной и количественной характеристик, фазово-дисперсного состояния примесей, требуемой степени очистки и принятой схемы его сбора и регулирования.

Поверхностные сточные воды содержат загрязняющие компоненты природного и техногенного происхождения в различном фазово-дисперсном состоянии, поэтому для обеспечения требуемого эффекта очистки необходимо применять многоступенчатые схемы очистки, включающие различные методы их выделения и (или) деструкции.

В большинстве случаев при отведении поверхностного стока в водный объект или при повторном его использовании в системе производственного водоснабжения приоритетным показателем при выборе технологической схемы очистки является содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов, иммобилизованных на грубодисперсных примесях или присутствующих в свободном состоянии (в виде пленки), в эмульгированном или растворенном виде. Учитывая, что основное количество нефтепродуктов сорбируется на взвесях (до 90 %), на первой стадии очистки поверхностного стока для удаления основной массы взвешенных веществ и нефтепродуктов целесообразно применять безреагентное отстаивание.

В качестве сооружений механической очистки могут использоваться различные типы отстойных сооружений: горизонтальные и радиальные отстойники, нефтеловушки, пруды, аккумулирующие емкости и накопители. Эффект снижения концентрации взвешенных веществ и нефтепродуктов при отстаивании поверхностного стока в течение от суток до 2 суток может составлять от 80% до 90 %, растворенных органических веществ по БПК ₂₀ - от 60% до 80 %, по ХПК - от 80 % до 90 %. Из-за значительного содержания в поверхностном стоке мелкодисперсных примесей гидравлической крупностью менее 0,2 мм/с остаточная концентрация взвешенных веществ в отстоянной воде может составлять от 50 мг/дм³ до 200 мг/дм³, нефтепродуктов - от 0,5 мг/дм³ до 10 мг/дм³ с селитебных территорий и до 50 мг/дм³ с площадок предприятий. При этом остаточное содержание растворенных органических соединений в пересчете на ХПК и БПК ₂₀ может составлять от 50 мг/дм³ до 100 мг/дм³ и от 20 мг/дм³ до 30 мг/дм³ соответственно[2, с. 143-150].

Для более глубокой очистки и интенсификации процессов осветления поверхностного стока рекомендуется применять реагентную обработку коагулянтами и (или) флокулянтами с последующим фильтрованием через различные фильтрующие загрузки из природных или синтетических материалов. При соответствующем обосновании (наличие в воде значительных количеств нефтепродуктов, минеральной взвеси плотностью менее плотности воды, ПАВ и др.) целесообразно перед фильтрованием применять флотацию. Для снижения содержания растворенных органических примесей, суммарно оцениваемых показателями ХПК и БПК, поверхностные стоки с селитебных территорий и предприятий первой группы после механической очистки отстаиванием могут подвергаться биологической очистке совместно с городскими (коммунальными) или производственными сточными водами, а также на самостоятельных локальных сооружениях биологической очистки с иммобилизованной микрофлорой на различных подвижных или стационарных носителях (инертных или активных) в зависимости от вида и концентрации загрязнений.

Доочистка поверхностного стока от растворенных форм нефтепродуктов до уровня ПДК в воде водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового (0,3 мг/дм³) и рыбохозяйственного пользования (0,05 мг/дм³), а также очистка от специфических загрязняющих компонентов (ионов тяжелых металлов, СПАВ, фенолов, аммонийного азота и т. д.) должны осуществляться специальными методами на завершающем этапе очистки. Для этого в технологическую схему могут быть включены стадии сорбции, биоокисления в сочетании с сорбцией (биосорбция), ионного обмена, озонирования и т. д.

В схемах очистки поверхностного стока с территорий предприятий второй группы на самостоятельных сооружениях (помимо сооружений, обеспечивающих удаление традиционных загрязняющих примесей) на завершающей стадии очистки следует предусматривать узлы для удаления специфических токсичных веществ (фенолов, СПАВ, формальдегида, солей тяжелых металлов, аммонийного азота, фторидов и других органических и минеральных примесей).

В качестве узлов доочистки поверхностного стока от фенолов, формальдегида, СПАВ и других органических веществ могут применяться установки озонирования, сорбции и биосорбции. При необходимости удаления из поверхностного стока ионов тяжелых металлов и аммонийного азота могут использоваться ионообменные установки с применением синтетических ионообменных смол (катионитов) в режиме натрий-катионирования или природные ионообменные материалы (клиноптилолит).

При соответствующем обосновании для очистки и доочистки поверхностного стока с площадок предприятий могут быть использованы технологии, сооружения и установки, применяемые для очистки бытовых и производственных сточных вод. При этом проектирование и расчет сооружений следует производить в соответствии с указаниями нормативно-технической литературы с учетом особенностей, вытекающих из специфики, свойственной поверхностному стоку (нестационарность по расходу, качественному составу и концентрациям загрязняющих компонентов во времени).

Для станций очистки поверхностного стока с селитебных территорий крупных населенных пунктов производительностью от 25 м³/ч до 1500 м³/ч, содержащих в основном взвешенные вещества и нефтепродукты в количестве не более от 20 мг/дм³ до 50 мг/дм³, состав очистных сооружений может быть принят в первом приближении по таблице 3.

При производительности очистных станций менее 25 м³/ч в состав сооружений после механических решеток или сеток могут быть включены гидроциклоны, горизонтальные отстойники, флотаторы, зернистые или кассетные фильтры в одну или несколько ступеней и сорбционные фильтры доочистки. Как правило, такие установки заводского изготовления дополнительно оборудуются устройствами для обезвоживания осадка, удаления нефтепродуктов, насосами подкачки, системами КИП и автоматики.

Таблица 3- Состав очистных сооружений

Производительность станции, м3/ч	Качество исходной воды	Состав сооружений в технологической схеме
	взвешенные вещества, мг/дм3	нефтепродукты, мг/дм3
Менее 25	700	20	МР>ПС>АР>ГЦ>РХ>СФ>ГАУ>
25-50	700	20	МР>ПС>(АРО)>РХ>СФ>ГАУ
500-1000	1000	40	МС>ПС>АРО>РХ>СФ>ГАУ+АТФ>
1000-1500	1500	50	МС>ПС>АРО>РХ>СФ>ГАУ+АТФ>
Примечания: 1 МР - механизированные решетки; МС - механические сита (решетки); ПС - песколовки; АР - аккумулирующий резервуар; ГЦ - гидроциклоны; АРО - аккумулирующий резервуар-отстойник; РХ - реагентное хозяйство (флокулянты); СФ -скорый контактный фильтр; ГАУ - адсорбер с гранулированной загрузкой; АТФ -адсорбер с углеродными тканевыми фильтрами. 2 При соответствующем обосновании в состав сооружений перед фильтрованием могут включаться флотаторы.

Выбор метода очистки поверхностного стока, а также тип и конструкция очистных сооружений (открытые или закрытые) определяются их производительностью, необходимой степенью очистки по приоритетным показателям загрязнения и гидрогеологическими условиями (наличием территории под строительство, рельефом местности, уровнем грунтовых вод и т.д.).

В технологических схемах очистки поверхностного стока на сооружениях любой производительности необходимо предусматривать технические решения по организации удаления осадков и всплывающих веществ.

5.1 Первичная стадия очистки

В качестве сооружений и устройств механической очистки могут применяться решетки, сетки, песколовки, гидроциклоны открытого и напорного типа, аккумулирующие резервуары-отстойники, нефтеловушки и фильтры, работающие в безреагентном режиме.

Для эффективной и стабильной работы всего комплекса очистных сооружений технологическая схема должна предусматривать предварительную очистку поверхностного стока на решетках и песколовках с целью задержания плавающего мусора и крупных механических примесей минерального происхождения (песка и глины).

Установку решеток для задержания мусора следует предусматривать перед сооружениями для регулирования и очистки поверхностного стока. Схемы решеток простейшего типа показаны на рисунке 2. Ширина прозоров решетки не должна превышать 10 мм. Для благоустроенных территорий с площадью стока до 100 га допускается применение решеток с ручной очисткой; при площади стока более 100 га рекомендуются механизированные решетки. Очистку решеток необходимо производить после каждого дождя, для чего они должны быть оснащены узлами сбора и удаления мусора.



Рисунок 2 - Схема неподвижных решеток

Для удаления из поверхностного стока частиц песка гидравлической крупностью более 15 мм/с, содержание которого в дождевом стоке колеблется от 10% до 15 %, а в талом - до 20 % массы взвешенных веществ, следует применять горизонтальные или тангенциальные песколовки. Схема песколовок представлена на рисунке 3. Песколовок или отдельных секций должно быть не менее двух (все рабочие). Расчет песколовок следует выполнять согласно указаниям СНиП 2.04.03.

Рисунок 3 - Схема песколовок

В схемах, где отсутствуют аккумулирующие резервуары-отстойники, для удаления из поверхностного стока основной массы взвешенных веществ и нефтепродуктов рекомендуется применять различные конструкции отстойных сооружений: горизонтальные и радиальные отстойники, пруды-отстойники, тонкослойные полочные отстойники и нефтеловушки. Тип отстойных сооружений следует выбирать исходя из производительности очистных сооружений, необходимого эффекта осветления сточных вод и наличия площадей под строительство[2, с. 213-217].

При больших расходах поверхностного стока и благоприятных топографических и гидрогеологических условиях экономически целесообразно применять пруды-отстойники с последующей глубокой доочисткой усредненного стока.

Расчет отстойных сооружений рекомендуется производить по гидравлической крупности частиц, выделение которых обеспечивает требуемый эффект очистки. Учитывая, что поверхностный сток содержит значительное количество мелкодисперсных примесей, расчет отстойных сооружений всех типов рекомендуется выполнять для частиц гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более, что при высоте зоны отстаивания 2 м и продолжительности отстаивания от 1ч до 2 ч обеспечивает эффект осветления от 60% до 65 % [2, с.217-221].

Эффективность выделения нефтепродуктов в дождевом стоке при отстаивании в течение 2 ч составляет от 70% до 80 % при их остаточной концентрации в пределах 10 мг/дм³ .

Для повышения эффекта осветления сточных вод, при ограниченности территории, выделяемой под очистные сооружения, или при расположении отстойников в помещении целесообразно применение горизонтальных тонкослойных отстойников с блоками параллельных пластин, работающих по перекрестной схеме взаимного движения потока воды и сползающего с пластин осадка. Установка модулей позволяет повысить эффект задержания механических примесей по сравнению с типовыми сооружениями от 20% до 30 % при сокращении продолжительности отстаивания стоков от 2раз до 3 раз.

Угол наклона пластин в ярусах следует принимать от 60^о до 70°, а расстояние между ними по вертикали от 70мм до 100 мм. Удаление осадка из приямков рекомендуется производить периодически в самотечный лоток или в воронки, присоединенные к самотечному трубопроводу, отводящему осадок в накопительную емкость.

Методика расчета тонкослойных отстойников, работающих по перекрестной и противоточной схемам удаления осадка, приведена в Справочном пособии к СНиП 2.04.03.

Удаление всплывших нефтепродуктов может производиться поворотными щелевыми трубами, расположенными в начале и конце секций отстойника. К поворотным трубам нефтепродукты транспортируются скребками с ручным или электрическим приводом. Более эффективное удаление нефтепродуктов производится скиммерами. В этом случае содержание воды в удаленных нефтепродуктах может изменяться в пределах от 2% до 10 %.

При использовании аккумулирующего резервуара не только для регулирования расхода, но и для предварительной механической очистки следует предусматривать эффективные и надежные технические решения для периодического сбора и удаления всплывающих веществ и оседающих механических примесей. Для сбора и удаления всплывших нефтепродуктов следует использовать современные нефтесборные устройства (скиммеры), обеспечивающие эффективную эксплуатацию в условиях значительного колебания уровня заполнения аккумулирующего резервуара. В аккумулирующих резервуарах небольшого объема целесообразно устройство днища в виде ряда пирамидальных иловых приямков с уклоном стенок не менее 45°.

Для удаления осадка с площади днища в лотки и приямки может быть использован гидросмыв. Суммарный объем приямков определяется исходя из возможного объема осадка при принятой периодичности его удаления. Высота зоны отстаивания в резервуарах принимается в пределах от 1,5 м до 4 м, высота борта резервуара над максимальным уровнем воды - от 0,3 м до 0,5 м, высота защитной зоны над максимальным уровнем осадка - от 0,3 м до 0,5 м.

Гидроциклоны рекомендуется применять для осветления поверхностных сточных вод на первой стадии их очистки, а также для сгущения сырого осадка, выделенного в отстойных сооружениях. Схема напорного гидроциклона представлена на рисунке 4. Открытые гидроциклоны используются для выделения из сточных вод всплывающих и оседающих грубодисперсных примесей, напорные гидроциклоны - только для оседающих агрегативно-устойчивых примесей - частиц песка, глины и других минеральных примесей поверхностного стока. Схемы открытых гидроциклонов изображены на рисунке 5.

Рисунок 4 - Схема напорного гидроциклона



Рисунок 5 - Схемы открытых гидроциклонов

Открытые гидроциклоны без внутренних устройств рекомендуется применять для очистки сточных вод от примесей гидравлической крупностью 5 мм/с и более; открытые гидроциклоны с внутренним цилиндром и диафрагмой - от примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более, а также для выделения скоагулированных взвешенных частиц и нефтепродуктов при расходе стоков до 200 м ³/ч на один аппарат.

5.2 Флотация

Флотационные установки используются для удаления из сточных вод масел, нефтепродуктов, смол, гидроксидов, ПАВ, полимеров, волокнистых материалов, разделения иловых смесей и др. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, машиностроительных, пищевых, кожевенных, химических.

Эффект прилипания зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла и. Схема прилипания представлена на рисунок 6. Чем больше краевой угол смачивания, тем более гидрофобна поверхность частицы, тем больше вероятность прилипания и прочность удержания пузырька воздуха на ее поверхности. Внешним проявлением способности жидкости к смачиваемости является величина поверхностного натяжения ее на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды от 60 мН/м до 65 мН/м.

Интенсификация процесса флотации достигается гидрофобизацией поверхности дисперсных примесей реагентами, которые избирательно сорбируясь на поверхности частичек, понижают их смачиваемость, в результате чего улучшается прилипание частичек примесей к пузырькам воздуха. В качестве таких реагентов используют коагулянты, флокулянты, для создания оптимальной рН среды применяют известь, кислоты, едкий натр.

Рисунок 6 - Схема прилипания пузырька воздуха к взвешенной частице

Флотируемость частиц различной крупности зависит от размеров и количества пузырьков воздуха (лучший эффект достигается при высокой степени насыщения воды пузырьками), поверхностного натяжения воды, присутствия в воде примесей ПАВ, электролитов и др.

Достоинствами флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, высокая степень очистки составляющая от 95% до 98 %, большая скорость процесса по сравнению с отстаиванием, возможность рекуперации удаляемых веществ.

Метод флотации рекомендуется применять при содержании в поверхностном стоке после отстаивания от 5 мг/дм³ до 10 мг/дм³ тонкодиспергированных взвешенных веществ гидравлической крупностью 0,2 мм/с и менее. Метод также эффективен для очистки поверхностных сточных вод с территории промышленных предприятий и производств, характеризующихся повышенным содержанием нефтепродуктов (более 100 мг/дм³), ПАВ, жиров, масел и других эмульгированных жидкостей. Флотация также эффективна в качестве дополнительной стадии очистки при последующем осветлении стоков фильтрованием. Для очистки сточных вод могут применяться напорная (компрессионная) флотация, импеллерная и электрофлотация.

В зависимости от местных условий напорные флотационные установки могут работать по прямоточной схеме с насыщением в сатураторе всего расхода сточных вод, поступающих на очистку, или с рециркуляцией при подаче в сатуратор осветленных стоков в количестве от 30% до 50 % общего расхода. Объем флотационной камеры в этом случае должен быть увеличен от 1,3раз до 1,5 раз.

Прямоточная схема флотации, наиболее простая в осуществлении и эксплуатации, позволяет утилизировать извлеченные нефтепродукты, но требует высоких энергетических затрат и малоэффективна при извлечении коллоидных и хлопьевидных частиц. Напорная флотация с рециркуляцией рекомендуется при использовании в процессе очистки коагулянтов и флокулянтов.

Давление насыщения воды воздухом в сатураторе должно быть от 0,4 Мпа до 0,5 МПа. Воздух в сатуратор может подаваться от компрессора или через эжектор, установленный на обратном трубопроводе, соединяющем напорный и всасывающий трубопроводы насоса, подающего воду в сатуратор.

Установки импеллерной флотации применяются для выделения из поверхностных сточных вод механических примесей и нефтепродуктов. Схема флотационной машины с импеллером прказана на рисунке 7. Импеллерный флотатор должен иметь не менее трех последовательных камер, в которых устанавливаются импеллерные диспергаторы. За флотокамерами располагается зона отстаивания, которая рассчитывается на выделение флотокомплексов гидравлической крупностью 1,4 мм/с с коэффициентом использования объема К = 0,5. Установки импеллерной флотации могут работать с применением реагентов, раствор которых рекомендуется подавать в аванкамеру, располагаемую в начале флотатора. Проектирование импеллерных флотаторов следует проводить по рекомендациям разработчиков этих аппаратов.

Рисунок 7 - Импеллерный флотатор

Электрофлотационные установки рекомендуется применять при очистке небольших объемов поверхностного стока с территории промышленных предприятий второй группы с целью снижения концентрации эмульгированных нефтепродуктов и масел перед стадией фильтрования.

Электрофлотаторы представляют собой отстойники со встроенной подвесной электрофлотационной камерой. В качестве электродов может использоваться листовой алюминий толщиной от 2 мм до 3 мм, нержавеющая сталь, а также титан и графит. Расстояние между электродами рекомендуется принимать от 6 мм до 8 мм. Плотность тока может приниматься в пределах от 250 А/м² до 400 А/м². Флотокамера должна рассчитываться на выделение флотокомплексов гидравлической крупностью от 1 мм/с до 1,2 мм/с при коэффициенте использования ее объема К = 0,5.

При электрофлотации может использоваться предварительная обработка воды реагентами. В этом случае раствор реагента подается в поток перед камерой хлопьеобразования, которую следует совместить с камерой флотации. Продолжительность пребывания стоков в камере хлопьеобразования около 10 мин, коэффициент использования ее объема К = 0,5. Конструктивные решения по электрофлотационным установкам выдаются организациями-разработчиками.

...